根据抗肿瘤化学药物的化学结构和作用机理不同可将它们分为：
一、烷化剂类药物
烷化剂是临床上较常用的一类抗肿瘤药物，它们的共同持点是有一个或多个高度活跃的烷化基团，在体内能和细胞的蛋白质和核酸相结合，使蛋白质和核酸失去正常的生理活性，从而伤害细胞，抑制癌细胞分裂。烷化剂因对细胞有直接毒性作用，故被称为细胞毒类药物。其生物效应与放射线照射作用相似，故又称为“拟放射线药物”。分裂旺盛的肿瘤细胞对它们特别敏感，其缺点是选择性差。因对骨髓、胃肠道上皮和生殖系统等生长旺盛的正常细胞有较大的毒性，对体液或细胞免疫功能的抑制也较明显，所以在临床应用方面受到一定的限制。烷化剂为细胞周期非特异性药物，一般对
M期和 G1期细胞杀伤作用较强。小剂量时可抑制细胞由 S期进入 M期。
G2期细胞较不敏感，增大剂量时可杀伤各期的增殖细胞和非增殖细胞，具有广谱抗癌作用。常用的烷化剂有氮芥、环磷酰胺、噻替哌、环已亚硝脲、马利兰、氮烯米胺、甲基苄肼等。
二、抗代谢类药物 ’
抗代谢类药物是能干扰细胞正常代谢过程的药物，这类药物与正常代谢物质相似，在同一系统酶中互相竞争，与其特异酶相结合，使酶反应不能完成，从而阻断代谢过程，阻止核酸合成，抑制肿瘤细胞的生长与增殖。化疗中常用的有三类：
(1)叶酸类抗代谢药物；
(2)嘌呤类抗代谢药物；
(3)嘧啶类抗代谢药物。
抗代谢类药物为细胞周期特异性药物，主要抑制细胞DNA的合成。 S期细胞对它们最敏感。有时也可能抑制 RNA与蛋白质的合成。故对
G1期或 G2期细胞也有一定作用。这类药物常用的有甲氨喋呤、氟脲嘧啶、双呋啶、阿糖胞苷、硫唑嘌呤、轻基脲等。
三、抗生素类药物
抗肿瘤抗生素是指由微生物产生的具有抗肿瘤活性的化学物质。能抑制肿瘤细胞的蛋白或核糖核酸合成，或直接作用于染色体。近20年来，已发现有数千种微生物的代谢产物对肿瘤细胞有细胞毒作用，或对实验动物肿瘤有抑制作用，其中10余种有明显疗效，已成为临床常用的抗肿瘤化疗药物。抗肿瘤抗生素为细胞周期非特异性药物，对增殖和非增殖细胞均有杀伤作用。多有较大的毒性，临床使用时需常规检查血象，心、肝、肺和肾功能，密切观察毒副作用和病情变化。常用的有博来霉素、更生霉素、光辉霉素、正定霉素、阿毒素、丝裂霉素C、放线菌素D等。
四、植物类药物
这类药物多是从植物中提取的抗肿瘤有效成份。植物中的抗肿瘤有效成份多种多样，作用机理也各有不同，或抑制细胞的有丝分裂或抑制RNA的合成等。如长春新碱、秋水仙碱、三尖杉酯碱、喜树碱、靛玉红、鬼臼乙叉贰,
紫杉醇等。
五、激素类药物
激素是一类对机体功能起调节作用的化学物质。激素对许多肿瘤的发病和生长有密切的关系，调节激素平衡可以有效控制肿瘤的生长。临床常用的有：
(1)性激素类(包括雄性和抗雄性激素类、雌性和抗雌性激素类、孕激素类)；
(2)肾上腺皮质激素类；
(3)甲状腺激素类。
六、其他类药物
近年来发现了不少新型抗肿瘤药物，凡不属于前述各类药物或作用机制尚未完全了解的药物均归为其他抗肿瘤药物。这类药物包括了金屑络合物和酶制剂等，如常用的卡铂、顺铂、抗癌锑、门冬酰胺酶、尿激酶等。门冬酰胺酶是已发现的对白血病细胞有抑制作用而无损于正常细胞的一种抗白血病药物。
